KR20100087239A

KR20100087239A - 고강도 열연 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20100087239A
Application number: KR1020107014865A
Authority: KR
Inventors: 신지로 가네코; 가네하루 오쿠다; 데츠오 시미즈; 노리아키 모리야스; 마사히데 와타베
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2008-02-08
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2010-08-03
Also published as: EP2243853A1; KR101203018B1; CN101939459B; CN101939459A; EP2243853A4; US20100319819A1; WO2009099237A1; JP5194858B2; JP2009185361A; EP2243853B1

Abstract

저렴한 Ti 계 범용 강판을 사용하고, 인장 강도 (TS) 가 540 ∼ 780 ㎫ 이고, 강도 편차가 작아 강도 균일성이 우수한 고강도 열연 강판을 제공한다. 성분 조성은, 질량% 로, C : 0.05 ∼ 0.12 %, Si : 0.5 % 이하, Mn : 0.8 ∼ 1.8 %, P : 0.030 % 이하, S : 0.01 % 이하, Al : 0.005 ∼ 0.1 %, N : 0.01 % 이하, Ti : 0.030 ∼ 0.080 % 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다. 그리고, 조직은 폴리고날 페라이트가 70 % 이상의 분율로 존재하고, 또한 사이즈 20 ㎚ 미만의 석출물 중에 존재하는 Ti 의 양이, 하기 식 (1) 로 계산되는 Ti* 의 값의 50 % 이상이다. Ti* = [Ti] - 48 ÷ 14 × [N] … (1) 여기서, [Ti] 및 [N] 은 각각 강판의 Ti 및 N 의 성분 조성 (질량%) 을 나타낸다.

Description

고강도 열연 강판 및 그 제조 방법{HIGH-STRENGTH HOT-ROLLED STEEL SHEET AND PROCESS FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은, 자동차용 강판 등의 용도에 유용한, 인장 강도 (TS) 가 540 ∼ 780 ㎫ 이고, 코일 간 및 코일 내에서의 강도 편차가 작아 강도 균일성이 우수한, 고강도 열연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 지구 환경 보전의 관점에서 CO₂ 의 배출량을 규제하기 위해 자동차의 연비 개선이 요구되고 있다. 또한, 충돌시에 탑승자의 안전을 확보하기 위해 자동차 차체의 충돌 특성을 중심으로 한 안전성 향상도 요구되고 있다. 이로 인해, 자동차 차체의 경량화 및 강화의 쌍방이 적극적으로 진행되고 있다. 자동차 차체의 경량화와 강화를 동시에 만족시키려면 강성이 문제가 되지 않는 범위에서 부재 소재를 고강도화시키고, 판두께를 줄임으로써 경량화시키는 것이 효과적이라고 알려져 있고, 최근에는 고강도 강판이 자동차 부품에 적극적으로 사용되고 있다. 경량화 효과는 사용하는 강판이 고강도일수록 커지기 때문에, 자동차 업계에서는, 예를 들어 구조용 재료로서 인장 강도 (TS) 가 540 ㎫ 이상인 강판을 사용하는 동향이 있다.

한편, 강판을 소재로 하는 자동차 부품의 대부분은 프레스 성형에 의해 제조된다. 고강도 강판의 성형성에 관해서는, 균열, 주름 이외에 치수 정밀도가 중요하고, 특히 스프링백 (springback) 의 제어가 중요 과제로 되어 있다. 최근에는 CAE (Computer Assisted Engineering) 에 의해 신차의 개발이 매우 효율화되어 금형을 여러 번 만드는 경우가 없어졌다. 동시에, 강판의 특성을 입력하면 스프링백량을 보다 고정밀도로 예측할 수 있게 되었다. 스프링백량에 편차가 있으면 부품끼리를 접합할 때에 문제가 되므로, 보다 작게 할 필요가 있는데, 그것에는 특히 강도 편차가 작아 강도 균일성이 우수한 고강도 강판이 요구되고 있다.

코일 내의 강도 편차를 작게 하는 방법으로서, 특허문헌 1 (일본 공개특허공보 평4-289125호) 에는 Nb 를 함유하는 저 Mn 강 (Mn : 0.5 % 이하) 을 열간 압연할 때, 조(粗)압연 후의 시트바를 일단 코일 형상으로 감고, 그 후에 풀면서 선행하는 시트바에 접합하고, 연속적으로 마무리 압연을 실시함으로써 고강도 열연 강판 코일 내의 강도 균일화를 달성하는 방법이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 2 (일본 공개특허공보 2002-322541호) 에는 Ti 와 Mo 를 복합 첨가하여, 매우 미세한 석출물을 균일하게 분산시킨 강도 편차가 작아 강도 균일성이 우수한, 고강도 열연 강판이 제안되어 있다.

일본 공개특허공보 평4-289125호 일본 공개특허공보 2002-322541호

그러나, 상기 서술한 종래 기술에는 다음과 같은 문제가 있다.

특허문헌 1 에 기재된 방법에서는 권취시에 코일을 다시 분할하는 것 등의 문제가 있다. 또한, Nb 첨가를 위해 비용 증가를 초래하여 경제적으로 불리하다. 또, 특허문헌 2 에 기재된 강판에서는 Ti 계이지만, 고가인 Mo 를 첨가할 필요가 있어 비용 상승을 초래한다. 나아가서는, 어느 특허문헌에서도 코일의 폭 방향과 길이 방향의 양방을 포함하는, 코일면 내의 2 차원적인 강도의 균일성에 대해서는 고려하고 있지 않다. 이와 같은 코일면 내의 강도 편차는 아무리 권취 온도를 균일하게 제어했다고 해도 권취 후의 코일의 냉각 이력이 위치마다 상이하기 때문에 불가피하게 발생된다는 문제가 있다.

본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 상기 문제점을 유리하게 해결하여, 저렴한 Ti 계 범용 강판을 사용하고, 인장 강도 (TS) 가 540 ∼ 780 ㎫ 이고, 강도 편차가 작아 강도 균일성이 우수한 고강도 열연 강판을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 예의 검토를 진행시킨 결과, 강판의 화학 조성, 금속 조직 및 석출 강화에 기여하는 Ti 의 석출 상태를 제어함으로써 열연 강판 전체면에 걸쳐 강도 편차가 작아 강도 균일성이 우수한 고강도 열연 강판을 얻는 것에 성공하여 본 발명에 이르렀다.

본 발명에 의한, 면내 강도의 편차가 작아 강도 균일성이 우수한 고강도 열연 강판 및 그 제조 방법의 요지는 이하와 같다.

[1] 성분 조성이, 질량% 로, C : 0.05 ∼ 0.12 %, Si : 0.5 % 이하, Mn : 0.8 ∼ 1.8 %, P : 0.030 % 이하, S : 0.01 % 이하, Al : 0.005 ∼ 0.1 %, N : 0.01 % 이하, Ti : 0.030 ∼ 0.080 % 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 폴리고날 페라이트를 70 % 이상의 분율로 함유하는 조직을 갖고, 또한 사이즈 20 ㎚ 미만의 석출물 중에 존재하는 Ti 의 양이, 하기 식 (1) 로 계산되는 Ti* 의 값의 50 % 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 열연 강판.

Ti* = [Ti] - 48 ÷ 14 × [N] … (1)

여기서, [Ti] 및 [N] 은 각각 강판의 Ti 및 N 의 성분 조성 (질량%) 을 나타냄.

[2] 성분 조성이, 질량% 로, C : 0.05 ∼ 0.12 %, Si : 0.5 % 이하, Mn : 0.8 ∼ 1.8 %, P : 0.030 % 이하, S : 0.01 % 이하, Al : 0.005 ∼ 0.1 %, N : 0.01 % 이하, Ti : 0.030 ∼ 0.080 % 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강(鋼)슬래브를, 1150 ∼ 1300 ℃ 의 가열 온도로 가열한 후, 800 ∼ 950 ℃ 의 마무리 온도에서 열간 마무리 압연을 실시하고, 그 열간 마무리 압연 후 2 초 이내에 20 ℃/s 이상의 냉각 속도로 냉각을 개시하여, 650 ℃ ∼ 750 ℃ 의 온도에서 냉각을 정지시키고, 이어서 2 초 ∼ 15 초의 방랭 공정을 거친 후에, 다시 100 ℃/s 미만의 냉각 속도로 냉각을 실시하고, 550 ∼ 650 ℃ 의 온도역에서 코일 형상으로 감는 것을 특징으로 하는 고강도 열연 강판의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 인장 강도 (TS) 가 540 ∼ 780 ㎫ 인 고강도 열연 강판으로, 코일 내에서의 강도 편차를 협소화할 수 있고, 이로써, 본 강판의 프레스 성형시의 형상 동결성이나 부품 강도, 내구 성능을 안정화시키는 것이 달성되어, 자동차 부품의 생산·사용시에 있어서의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에서는, Nb 등의 고가의 원료를 첨가하지 않고도 상기 효과가 얻어지므로, 비용 삭감을 도모할 수 있게 된다.

도 1 은, 폴리고날 페라이트의 분율 (%) 과 인장 강도 (TS) (㎫) 의 상관을 조사한 결과를 나타내는 도면이다.
도 2 는 Ti* 에 대한 사이즈 20 ㎚ 미만의 석출물에 함유되는 Ti 량의 비율 (%) 과, 인장 강도 (TS) (㎫) 의 상관을 조사한 결과를 나타내는 도면이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하에 본 발명을 상세하게 설명한다.

1) 먼저, 본 발명에 있어서의 강도 편차가 적은, 즉 강도 균일성의 평가 방법에 대해 설명한다.

대상의 강판의 일례로서는 코일 형상으로 감은 것으로, 그 중량이 5 t 이상, 강판의 폭이 500 ㎜ 이상인 것을 들 수 있다. 이와 같은 경우에는, 또 열간 압연 상태에 있어서의, 길이 방향의 선단부와 후단부에서 최내 둘레와 최외 둘레의 각각 한 회전 (turn) 과 폭 방향의 양단(兩端) 10 ㎜ 는 평가의 대상으로 하지 않는다. 이것의, 길이 방향으로 적어도 10 분할, 폭 방향으로 적어도 5 분할로 2 차원적으로 측정한 인장 강도의 분포를 가지고 강도 편차를 평가하는 것으로 한다. 또, 본 발명은 강판의 인장 강도 (TS) 가 540 ㎫ 이상, 780 ㎫ 이하의 범위를 대상으로 하고 있다.

2) 다음으로, 본 발명에 있어서의 강의 화학 성분 (성분 조성) 의 한정 이유에 대해 설명한다.

또한, 원소의 함유량의 단위는 모두 「질량%」인데, 이하에서 특별히 언급하지 않는 한 간단히 「%」로 나타낸다.

C : 0.05 ∼ 0.12 %

C 는 후술하는 Ti 와 함께 본 발명에 있어서의 중요한 원소이다. C 는 Ti 와 함께 탄화물을 형성하고, 석출 강화에 의해 강판을 고강도시키는 데 유효하다. 본 발명에서는 석출 강화의 관점에서 C 를 0.05 % 이상 함유하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.06 % 이상이다. 한편, 0.012 % 를 초과하는 C 의 함유는 양호한 연신이나 구멍 확장성에 악영향을 미치기 쉬워, C 함유량의 상한을 0.12 % 로 하고, 바람직하게는 0.10 % 이하로 한다.

Si : 0.5 % 이하

Si 는 고용(固溶) 강화의 효과와 함께 연성을 향상시키는 효과가 있다. 상기 효과를 얻기 위해서는 Si 는 0.01 % 이상 함유하는 것이 유효하다. 한편, Si 를 0.5 % 를 초과하여 함유하면 열간 압연시에 적(赤)스케일이라는 표면 결함이 발생되기 쉬워, 강판으로 했을 때의 표면 외관을 나쁘게 하는 경우가 있으므로, Si 함유량은 0.5 % 이하로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.3 % 이하로 한다.

Mn : 0.8 ∼ 1.8 %

Mn 은 고강도화에 유효함과 함께 변태점을 낮춰 페라이트 입경을 미세화시키는 작용이 있고, Mn 은 0.8 % 이상 함유할 필요가 있고, 바람직하게는 1.0 % 이상으로 한다. 한편, 1.8 % 를 초과하는 과도한 Mn 을 함유하면 열연 후에 저온 변태상이 생성되어 연성이 저하되거나 TiC 의 석출이 불안정해지기 쉬워지므로 Mn 함유량의 상한은 1.8 % 로 한다.

P : 0.030 % 이하

P 는 고용 강화의 효과가 있는 원소이고, 또, Si 기인의 스케일 결함을 경감시키는 효과를 가진다. 그러나, 0.030 % 를 초과하는 과잉한 P 의 함유는 P 가 입계에 편석되기 쉬워 인성 및 용접성을 열화시키기 쉽다. 따라서, P 함유량의 상한은 0.030 % 로 했다.

S : 0.01 % 이하

S 는 불순물이고, 열간 균열의 원인이 되는 것 외에 강 중에서 개재물로서 존재하여 강판의 여러 특성을 열화시키므로 가능한 한 저감시킬 필요가 있다. 구체적으로는 S 함유량은 0.01 % 까지는 허용할 수 있기 때문에 0.01 % 이하로 한다.

Al : 0.005 ∼ 0.1 %

Al 은 강의 탈산 원소로서 유용한 것 외에, 불순물로서 존재하는 고용 N 을 고정시켜 내상온시효성을 향상시키는 작용이 있다. 이러한 작용을 발휘시키기 위해서는, Al 함유량은 0.005 % 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 0.5 % 를 초과하는 Al 의 함유는 합금 비용이 많이 들고, 추가로 표면 결함을 유발하기 쉽기 때문에 Al 함유량의 상한을 0.1 % 로 한다.

N : 0.01 % 이하

N 은 내상온시효성을 열화시키는 원소이고, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직한 원소이다. N 함유량이 많아지면 내상온시효성이 열화되고, 고용 N 을 고정시키기 위해 다량의 Al 이나 Ti 첨가가 필요하기 때문에, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하며 N 함유량의 상한을 0.01 % 로 한다.

Ti : 0.030 ∼ 0.080 %

Ti 는 석출 강화에 의해 강을 강화시키기 위해 중요한 원소이다. 본원 발명의 경우, C 와 함께 탄화물을 형성함으로써 석출 강화에 기여한다.

요컨대, 인장 강도 (TS) 가 540 ㎫ 이상, 780 ㎫ 이하인 고강도 강판을 얻기 위해서는, 석출물은 석출물 사이즈 20 ㎚ 미만이 되도록 미세화시키는 것이 바람직하다. 또, 이 미세한 석출물 (석출물 사이즈 20 ㎚ 미만) 의 비율을 높이는 것이 중요하다. 이 이유 중 하나로서, 석출물의 사이즈가 20 ㎚ 이상에서는 전위의 이동을 억제하는 효과가 얻어지기 어렵고, 또 폴리고날 페라이트를 충분히 경질화시킬 수 없으므로 강도가 저하되는 경우가 있기 때문이라고 생각할 수 있다. 따라서, 석출물의 사이즈는 20 ㎚ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 또, 본원 발명에서, 이 20 ㎚ 미만의 미세한 Ti 를 함유하는 석출물은 Ti 와 C 를 함께 상기 범위에서 첨가함으로써 형성된다. 본 명세서에서는, 이들 Ti 와 C 를 함유하는 석출물을 총칭하여 Ti 계 탄화물이라고 부른다. Ti 계 탄화물로서는 예를 들어 TiC, Ti₄C₂S₂ 등을 들 수 있다. 또, 상기 탄화물 중에 N 을 조성으로서 함유하거나 MnS 등과 복합하여 석출하고 있어도 된다.

본원 발명의 고강도 강판에서는 Ti 계 탄화물은 주로 폴리고날 페라이트 중에 석출되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이것은, 폴리고날 페라이트에 있어서의 C 의 고용한은 작으므로 과포화의 C 가 폴리고날 페라이트 중에 탄화물로서 석출되기 쉽기 때문이라고 생각할 수 있다. 이로 인해, 이와 같은 석출물에 의해 연질의 폴리고날 페라이트가 경질화되어 540 ㎫ 이상, 780 ㎫ 이하의 인장 강도 (TS) 가 얻어지게 된다. 동시에 Ti 는 고용 N 과 결합되기 쉽기 때문에, 고용 N 을 고정시키는 데에도 바람직한 원소이기도 하다. 그러한 의미에서 0.030 % 이상으로 한다. 그러나, Ti 의 과잉 첨가는 가열 단계에서 강도에 기여하지 않는 조대(粗大)한 Ti 의 미용해 탄화물인 TiC 등을 생성시키는 것만으로 바람직하지 않고 비경제적이다. 이 관점에서 Ti 의 상한을 0.080 % 로 한다.

또, 본 발명에서는 상기한 성분 이외의 잔부는 실질적으로 철 및 불가피한 불순물의 조성으로 하는 것이 바람직하다.

3) 다음으로, 본 발명의 강판의 강 조직을 한정한 이유에 대해 설명한다.

폴리고날 페라이트를 70 % 이상의 분율로 함유하는 조직을 갖고, 또한 20 ㎚ 미만의 사이즈의 석출물 중의 Ti 량이 식 (1) 로 나타내는 Ti* 의 50 % 이상

본원 발명에 관련된 고강도 열연 강판의 강도는 강 자신이 가지고 있는 베이스가 되는 강도에 고용 강화, 조직 강화 또는 석출 강화의 3 개의 강화 기구에 의한 각각의 강화량이 중첩됨으로써 결정된다. 이 중 베이스 강도는 철의 본래의 강도이고, 고용 강화분은 화학 조성이 결정되면 거의 일의적으로 정해지므로, 이 2 개의 강화 기구는 코일 내의 강도 편차에는 거의 관여하지 않는다. 강도 편차에 가장 관계가 깊은 것이 석출 강화이고, 다음으로 조직 강화이다.

석출 강화에 의한 강화량은 석출물의 사이즈와 분산 (구체적으로는 석출물 간격) 에 의해 정해진다. 석출물의 분산은 석출물의 양과 사이즈로 표현할 수 있기 때문에, 석출물의 사이즈와 양이 결정되면 석출 강화에 의한 강화량이 정해진다. 조직 강화는 강 조직의 종류에 따라 정해진다. 강 조직은 오스테나이트로부터 변태하는 온도역에 의해 그 종류가 결정되고, 화학 조성과 강 조직이 결정되면 강화량이 정해진다.

4) 다음으로, 이 발명의 근거가 되는 실험 사실에 대해 서술한다.

화학 조성이 0.08C-0.1Si-1.5Mn-0.011P-0.002S-0.017Al-0.005N 을 기본 조성으로 하고 Ti 첨가량이 0.04 % 인 강 A 및 0.06 % 인 강 B 를 실험실적으로 용제하여 주편(鑄片)으로 하였다. 이들을 분괴 압연으로 25 ㎜ 두께의 시트바로 하였다. 이것을 1230 ℃ 에서 가열하여 5 패스로 마무리 온도 880 ℃ 의 열간 압연을 실시하고, 마무리 압연으로부터 1.7 초 후에 25 ℃/s 의 냉각 속도로 수냉각을 실시하였다. 이 때 냉각 정지 온도를 720 ∼ 520 ℃ 사이에서 여러 가지로 변화시켰다. 수냉각 후에는 10 초간 방랭한 후 500 ∼ 700 ℃ 의 전기로에 삽입하여 권취 처리를 실시하고, 노 중의 유지 시간을 1 ∼ 300 분의 사이에서 변화시켰다. 이 때, 냉각 정지 온도와 노 온도의 차가 30 ℃ 이상인 경우에는 방랭에 이어서 25 ℃/s 의 냉각 속도로 수냉각을 노 온도의 30 ℃ 전까지 실시하고 있다. 이상의 방법으로, Ti 의 석출 상태와 강 조직을 여러 가지로 변화시킨 열연 강판을 제조하였다. 이들의 열연 강대를 산세 후, 연신률 0.5 % 의 조질 압연을 실시한 후에 인장 시험편과 석출물 분석 샘플을 채취하였다.

상기와 같이 제조된 열연 강판군에서 사이즈 20 ㎚ 미만의 석출물에 함유되는 Ti 량이 하기 식 (1) 로 나타내는 Ti* 의 50 % 이상인 것을 추출하고, 폴리고날 페라이트의 분율 (%) 과 인장 강도 (TS) (㎫) 의 상관을 조사한 결과를 도 1 에 나타낸다. 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이 폴리고날 페라이트 분율의 증가와 함께 인장 강도 (TS) 는 감소의 경향을 나타내는데, 70 % 이상의 폴리고날 페라이트 분율에서는 TS 의 변동이 작아져 안정화된다.

또한, 폴리고날 페라이트의 분율은 예를 들어 이하와 같이 하여 구할 수 있다. 강판의 L 단면 (압연 방향에 평행한 단면) 의 판두께의 표층 10 % 를 제외한 부분에 대해 5 % 나이탈 (nital) 에 의한 부식 출현 조직을 주사형 전자 현미경 (SEM) 으로 1000 배로 확대하여 촬영한다. 입계의 요철이 0.1 ㎛ 미만인 매끄럽고 또한 입자 내에 부식 자국이 남지 않아 평활한 페라이트 결정립을 폴리고날 페라이트라고 정의하고, 그 밖의 형태의 페라이트상이나 펄라이트나 베이나이트 등의 상이한 변태상과 구별한다. 이들을 화상 해석 소프트 상에서 분류하고, 그 면적율을 가지고 폴리고날 페라이트 분율로 한다.

마찬가지로, 상기와 같이 제조된 열연 강판군에서, 폴리고날 페라이트의 분율이 70 % 이상인 것을 추출하고, 하기 식 (1) 로 나타내는 Ti* 에 대한 사이즈 20 ㎚ 미만의 석출물에 함유되는 Ti 량의 비율 (%) 과, 인장 강도 (TS) (㎫) 의 상관을 조사한 결과를 도 2 에 나타낸다. 상기 서술한 바와 같이, 석출 강화에 기여하는 사이즈 20 ㎚ 미만의 석출물은 첨가된 Ti 에 의해 형성되기 때문에, 20 ㎚ 미만의 석출물 중의 Ti 량을 파악하면, Ti 가 효율적으로 미세 석출물로서 석출되고 있는지의 여부를 명확하게 할 수 있기 때문이다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 20 ㎚ 미만의 사이즈의 석출물에 함유되는 Ti 량의 증가와 함께 TS 는 증가의 경향을 나타내는데, 석출물에 함유되는 Ti 량이 Ti* 의 50 % 이상에서는 TS 의 변동이 작아져 안정화된다.

이상의 결과로부터, 강 조직을 폴리고날 페라이트가 70 % 이상의 분율 범위로 제어하고, 또한 20 ㎚ 미만의 사이즈의 석출물에 함유되는 Ti 량이 하기 식 (1) 로 나타내는 Ti* 의 50 % 이상의 범위가 되도록 제어하면, 비록 권취 후의 코일의 냉각 이력이 위치마다 상이하기 때문에 강도 편차가 불가피하게 발생되어도, 그 발생되는 강도 편차는 현저히 작아져 실용상 문제없는 정도로 할 수 있다는 것에 생각이 미쳤다.

Ti*= [Ti]-48÷14×[N] … (1)

여기에서, [Ti] 및 [N] 은 각각 강판의 Ti 및 N 의 성분 조성 (질량%) 을 나타낸다.

따라서, 본원 발명의 요건, 즉, 폴리고날 페라이트를 70 % 이상의 분율로 함유하는 조직을 갖고, 또한 사이즈 20 ㎚ 미만의 석출물에 함유되는 Ti 량이, 상기 식 (1) 로 나타내는 Ti* 의 50 % 이상의 양인 것이, 강판의 어느 위치에서도 달성되어 있으면, 코일의 냉각 이력이 위치마다 상이해도 그 각 위치에서의 강판의 강화량은 거의 동일하게 되어, 결과적으로 당해 강판은 강도 편차가 작아 강도 균일성이 우수한 것으로 할 수 있다.

5) 또, 사이즈 20 ㎚ 미만의 석출물에 함유되는 Ti 의 양은 이하의 방법에 의해 측정할 수 있다.

시료를 전해액 중에서 소정량 전해시킨 후 시료편을 전해액으로부터 취출하여 분산성을 갖는 용액 중에 침지시킨다. 이어서, 이 용액 중에 함유되는 석출물을 구멍 직경 20 ㎚ 의 필터를 사용하여 여과시킨다. 이 구멍 직경 20 ㎚ 의 필터를 여과액과 함께 통과한 석출물이 사이즈 20 ㎚ 미만이다. 이어서, 여과 후의 여과액에 대해 유도 결합 플라즈마 (ICP) 발광 분광 분석법, ICP 질량 분석법, 및 원자 흡광 분석법 등에서 적절히 선택하여 분석하고, 사이즈 20 ㎚ 미만에서의 석출물에 있어서의 Ti 의 양을 구한다.

6) 다음으로, 본 발명의 고강도 열연 강판의 바람직한 제조 방법 일례에 대해 설명한다. 본 발명의 제조 방법에 사용되는 강슬래브의 조성은, 상기 서술한 강판의 조성과 동일하고, 또 그 한정 이유도 동일하다. 본 발명의 고강도 열연 강판은, 상기한 범위 내의 조성을 갖는 강슬래브를 소재로 하고, 그 소재에 조압연을 실시하여 열연 강판으로 하는 열간 압연 공정을 거침으로써 제조할 수 있다.

가) 가열 온도를 1150 ℃ ∼ 1300 ℃

슬래브 가열 온도는, 가열 단계에서 TiC 와 같은 Ti 계 탄화물이 미고용이 되지 않기 위해 열연 강판 1150 ℃ 이상이 바람직하다. Ti 계 탄화물이 미고용이 되면 열연 강판의 인장 강도에 악영향을 주므로 피하는 것이 바람직하기 때문이다. 그러나, 과잉 온도에 의한 가열은, 산화 중량의 증가에 수반하는 스케일 로스의 증대 등의 문제를 일으키므로 슬래브 가열 온도의 상한은 1300 ℃ 로 하는 것이 바람직하다.

상기 조건에서 가열된 강슬래브에 조압연 및 마무리 압연을 실시하는 열간 압연을 실시한다. 여기에서, 강슬래브는 조압연에 의해 시트바가 된다. 또한, 조압연의 조건은 특별히 규정할 필요는 없고, 통상적인 방법에 따라 실시하면 된다. 또, 슬래브 가열 온도를 낮게 하고, 또한 열간 압연시의 트러블을 방지한다는 관점에서는 시트바를 가열하는, 소위 시트바 히터를 활용하는 것이 바람직하다.

이어서, 시트바를 마무리 압연하여 열연 강판으로 한다.

나) 마무리 온도 (FDT) 를 800 ∼ 950 ℃

마무리 온도가 높으면 입자가 조대해지고, 성형성이 저하되며, 또 스케일 결함이 발생되기 쉽기 때문에 950 ℃ 이하로 한다. 또, 800 ℃ 미만에서는 압연 하중이 증대되고, 압연 부하가 커지는 것이나, 오스테나이트 미재결정에서의 압연율이 높아져 이상(異常)한 집합 조직이 발달하여 강도 균일성의 관점에서 바람직하지 않다. 그 의미에서 마무리 온도는 800 ℃ 이상 950 ℃ 이하로 한다. 바람직하게는 840 ℃ ∼ 920 ℃ 로 한다.

또, 열간 압연시의 압연 하중을 저감시키기 위해, 마무리 압연의 일부 또는 전부의 패스 사이에서 윤활 압연으로 해도 된다. 윤활 압연을 실시하는 것은 강판 형상의 균일화나 강도의 균일화 관점에서 유효하다. 윤활 압연시의 마찰 계수는 0.10 ∼ 0.25 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한, 서로 전후하는 시트바끼리를 접합하고 연속적으로 마무리 압연하는 연속 압연 프로세스로 하는 것도 바람직하다. 연속 압연 프로세스를 적용하는 것은 열간 압연의 조업 안정성의 관점에서도 바람직하다.

다) 열간 마무리 압연 후 2 초 이내에 20 ℃/s 이상의 냉각 속도 (1 차 냉각) 로 냉각 마무리 압연 후에 냉각을 개시하기까지 2 초를 초과하는 시간을 경과하면, 마무리 압연시에 축적된 변형이 개방되어, 후술하는 냉각 제어를 실시해도 효과적으로 페라이트 생성이 발생되지 않아 TiC 가 안정적으로 석출되지 않는다. 또, 냉각 속도가 20 ℃/s 를 하회하는 경우에도 동일한 현상이 발생되기 쉬워진다.

라) 650 ℃ ∼ 750 ℃ 의 온도역에서의 냉각 정지와 2 초 ∼ 15 초의 방랭 공정

방랭의 온도는 런 아웃 테이블을 통과하는 단시간에 효과적으로 TiC 와 같은 Ti 계 탄화물을 석출시키기 위해서, 가장 페라이트 변태가 진행되는 온도역에 일정시간 유지할 필요가 있다. 650 ℃ 보다 방랭 (유지) 온도가 낮은 경우에는 Ti 계 탄화물 석출의 성장 속도가 작으므로, 원하는 강화량에 필요한 Ti 계 탄화물의 양을 확보할 수 없다. 한편, 750 ℃ 보다 방랭 온도가 높은 경우에는, 석출의 핵 생성이 충분하지 않아 성장 속도가 빠르므로 Ti 계 탄화물이 엉성하고 조대하게 분포하기 때문에 강화능이 작아진다. 따라서, 방랭 온도는 650 ℃ ∼ 750 ℃ 로 한다.

방랭 시간이 2 초보다 작은 경우에는 Ti 계 탄화물의 석출량이 충분하지 않아 필요한 강화량을 확보하기 어렵다. 한편, 방랭 시간이 15 초보다 큰 경우에는 Ti 계 탄화물이 엉성하고 조대하게 분포하기 때문에 강화능이 작아진다. 따라서, 방랭 시간은 2 초 ∼ 15 초로 한다.

마) 다시 100 ℃/s 미만의 냉각 속도 (2 차 냉각) 로 냉각

방랭 처리에 계속하는 냉각 속도가 100 ℃ 이상인 경우에는 권취 온도의 제어성이 나빠져 강도의 안정화가 곤란해진다. 따라서 100 ℃/s 미만으로 한다. 냉각 속도의 하한은 특별히 이것을 한정하지 않는데, 석출물의 조대화를 억제하는 관점에서는 5 ℃/s 이상이 바람직하다.

바) 550 ∼ 650 ℃ 의 온도역에서 코일 형상으로 감는다

권취 온도가 550 ℃ 미만인 경우에는 런 아웃 테이블 상에서 미변태 부분이 저온 변태상으로서 생성되어 강도 편차의 원인이 됨과 함께 연성이 저하된다. 권취 온도가 650 ℃ 를 초과하는 경우에는 TiC 와 같은 Ti 계 탄화물의 성장이 권취 후에도 진행되기 때문에 엉성하고 조대하게 분포하므로 강화능이 작아짐과 함께, 권취 후의 냉각 이력에 대응한 강도 편차가 발생되기 쉽다. 따라서, 권취 온도는 550 ∼ 650 ℃ 로 한다.

강도 편차를 코일 내에서 고려했을 경우, 예를 들어 TiC 와 같은 Ti 계 탄화물의 석출은 권취 후의 냉각 단계에서 주로 진행되기 때문에 권취 후의 강판의 냉각 이력을 고려하는 것이 바람직하다. 특히, 코일의 선단부와 후단부에서는 냉각이 빠르기 때문에 Ti 계 탄화물의 석출이 충분히 진행되지 않는 경우가 있다. 이로 인해, 코일 선단부와 후단부에서 당해 선단부와 후단부 이외의 코일 내측에 대해 온도차를 발생시켜 온도를 높게 하면 강도 편차가 더욱 개선된다.

실시예 1

다음으로, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

표 1 에 나타내는 조성의 용강을 전로에서 용제하고 연속 주조법으로 슬래브로 하였다. 이들 강슬래브를 1250 ℃ 로 가열시키고 조압연하여 시트바로 하고, 이어서, 표 2 에 나타내는 조건의 마무리 압연을 실시하는 열간 압연 공정에 의해 열연 강판으로 하였다.

이어서, 이들의 열연 강판을 산세 후, 신장률 0.5 % 의 조질 압연을 실시한 후에 폭 방향의 단부 10 ㎜ 를 트리밍하여 제거하고, 각종 특성을 평가하였다. 코일의 길이의, 선단부와 후단부에서 최내 둘레와 최외 둘레의 각각 한 회전을 커트한 위치와 그 내측을 길이 방향으로 20 등분한 분할점으로부터 강판을 채취하였다. 이들의 폭 단부 및 폭 방향으로 8 분할한 분할점으로부터 인장 시험편과 석출물 분석 샘플을 채취하였다.

인장 시험의 시험편은 압연 방향에 평행한 방향 (L 방향) 으로 채취하여 JIS 5 호 인장 시험편으로 가공하였다. JIS Z 2241 의 규정에 준거하여 크로스 헤드 속도 10 ㎜/min 으로 인장 시험을 실시하여 인장 강도 (TS) 를 구하였다. 얻어진 각 열연 강판의 인장 특성을 조사한 결과를 표 2 에 나타낸다.

마이크로 조직은 L 단면 (압연 방향에 평행한 단면) 의 판두께의 표층 10 % 를 제외한 부분에 대해 나이탈에 의한 부식 출현 조직을 주사형 전자 현미경 (SEM) 으로 5000 배로 확대하여 동정 (同定) 하고 폴리고날 페라이트의 분율은 상기한 방법으로 화상 처리 소프트를 이용하여 측정하였다.

20 ㎚ 미만의 사이즈의 석출물 중에서의 Ti 의 정량은, 이하의 정량법에 의해 실시하였다.

상기에 의해 얻어진 열연 강판을 적당한 크기로 절단하고, 10 % AA 계 전해액 (10 vol% 아세틸아세톤-1 mass% 염화테트라메틸암모늄-메탄올) 중에서 약 0.2 g 을 전류 밀도 20 mA/㎠ 로 정전류 전해시켰다.

전해 후의, 표면에 석출물이 부착되어 있는 시료편을 전해액으로부터 취출하고, 헥사메타인산나트륨 수용액 (500 ㎎/ℓ) (이하, SHMP 수용액이라고 한다) 중에 침지시켜 초음파 진동을 부여하고, 석출물을 시료편으로부터 박리시켜 SHMP 수용액 중에 추출하였다. 이어서, 석출물을 함유하는 SHMP 수용액을 구멍 직경 20 ㎚ 의 필터를 사용하여 여과시키고, 여과 후의 여과액에 대해 ICP 발광 분광 분석 장치를 사용하여 분석하여, 여과액 중의 Ti 의 절대량을 측정하였다. 이어서, Ti 의 절대량을 전해 중량으로 나누어, 사이즈 20 ㎚ 미만의 석출물에 함유되는 Ti 의 양 (질량%) 을 얻었다. 또한, 전해 중량은 석출물 박리 후의 시료에 대해 중량을 측정하고, 전해 전의 시료 중량에서 뺌으로써 구하였다. 이 후, 상기에서 얻어진 사이즈 20 ㎚ 미만의 석출물에 함유되는 Ti 의 양 (질량%) 을 표 1 에 나타낸 Ti 와 N 의 함유량을 식 (1) 에 대입하여 산출한 Ti* 로 나누어, 사이즈 20 ㎚ 미만의 석출물에 함유되는 Ti 의 양의 비율 (%) 로 하였다.

여기에서 표 2 에 나타내는 결과 중, 폴리고날 페라이트 분율, 식 (1) 로 나타내는 Ti* 에 대한 사이즈 20 ㎚ 미만의 석출물에 함유되는 Ti 량의 비율, 및 인장 강도 (TS) 는 코일의 길이 중앙 또한 폭 중앙의 값을 대표값으로 한 것이다. 또, 강 조직 적합률은 측정한 189 점 중, 폴리고날 페라이트 분율과 사이즈 20 ㎚ 미만의 석출물에 있어서의 Ti 량의 비율의, 양방의 요건을 만족한 점의 비율이다. TS 적합율은 측정한 189 점 중 540 ㎫ 이상의 값을 나타낸 비율이다. ΔTS 는 측정한 189 점의 TS 로 표준 편차 (σ) 를 구하여 이것을 4 배한 것이다.

표 2 에 나타내는 조사 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명예에서는, 모든 TS 는 540 ㎫ 이상의 고강도이고, 또한, 코일면 내에서의 강도 편차 (ΔTS) 가 50 ㎫ 이하로 작아 강도 균일성이 양호한 강판을 얻을 수 있다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의하면, 인장 강도 (TS) 540 ㎫ 이상이고 또한 강도 편차가 작은 열연 강판을 저렴하고 안정적으로 제조할 수 있게 되어, 산업상 각별한 효과를 발휘한다. 예를 들어, 본 발명의 고강도 열연 강판을 자동차 부품에 적용했을 경우, 고장력강에 있어서의 성형 후의 스프링백량이나 충돌 특성의 편차도 저감되고, 차체 설계의 고정밀화가 가능해져, 자동차 차체의 충돌 안전성이나 경량화에 충분히 기여할 수 있다는 효과가 있다.

Claims

성분 조성이, 질량% 로, C : 0.05 ∼ 0.12 %, Si : 0.5 % 이하, Mn : 0.8 ∼ 1.8 %, P : 0.030 % 이하, S : 0.01 % 이하, Al : 0.005 ∼ 0.1 %, N : 0.01 % 이하, Ti : 0.030 ∼ 0.080 % 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 폴리고날 페라이트를 70 % 이상의 분율로 함유하는 조직을 갖고, 또한 사이즈 20 ㎚ 미만의 석출물 중에 존재하는 Ti 의 양이, 하기 식 (1) 로 계산되는 Ti* 의 값의 50 % 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 열연 강판.
Ti* = [Ti] - 48 ÷ 14 × [N] … (1)
여기서, [Ti] 및 [N] 은 각각 강판의 Ti 및 N 의 성분 조성 (질량%) 을 나타냄
성분 조성이, 질량% 로, C : 0.05 ∼ 0.12 %, Si : 0.5 % 이하, Mn : 0.8 ∼ 1.8 %, P : 0.030 % 이하, S : 0.01 % 이하, Al : 0.005 ∼ 0.1 %, N : 0.01 % 이하, Ti : 0.030 ∼ 0.080 % 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강슬래브를, 1150 ∼ 1300 ℃ 의 가열 온도로 가열한 후, 800 ∼ 950 ℃ 의 마무리 온도에서 열간 마무리 압연을 실시하고, 그 열간 마무리 압연 후 2 초 이내에 20 ℃/s 이상의 냉각 속도로 냉각을 개시하여, 650 ℃ ∼ 750 ℃ 의 온도에서 냉각을 정지시키고, 이어서 2 초 ∼ 15 초의 방랭 공정을 거친 후에, 다시 100 ℃/s 미만의 냉각 속도로 냉각을 실시하고, 550 ∼ 650 ℃ 의 온도역에서 코일 형상으로 감는 것을 특징으로 하는 고강도 열연 강판의 제조 방법.